摘要
6063铝合金是可热处理强化型铝合金，具有优异的耐蚀性能、成形性能和焊接性能。当采用搅拌摩擦焊接(Friction stir welding,FSW)/搅拌摩擦加工(Friction Stir Processing，FSP)对6063-T6铝合金进行处理时，虽然不易出现气孔、裂纹等缺陷，但接头/加工区域仍然存在软化问题。为了恢复接头/加工区域的强度，并能进一步提高其力学性能，可以在FSW/FSP之后进行热处理。然而，6063铝合金FSW/FSP搅拌区的细晶组织在焊后热处理过程中容易发生异常晶粒长大(Abnormal grain growth，AGG)。同时，AGG的出现会对接头/加工区域的力学性能产生不利影响。由此可知，确保这种细晶组织的热稳定性并能有效控制AGG有着十分重要的作用。本文分别研究了不同工艺参数及不同热处理方法对接头/加工区域组织热稳定性与力学性能的影响，然后研究在固溶处理前增加预应变轧制或中间退火工艺对固溶处理过程中AGG的抑制作用及对力学性能产生的影响。本文内容对于6063-T6铝合金FSW/FSP的焊后热处理工艺、组织热稳定性以及AGG控制手段的研究具有一定的理论与现实意义。 研究发现，热输入越高(旋转速度越高或行进速度越低)，FSW接头/FSP加工区域组织发生AGG的程度越高，表现出的热稳定性越低。随着热输入降低，接头/加工区域的硬度和拉伸性能提高，但在固溶处理后，其硬度和拉伸强度降低，而延伸率提高。接头/加工区域在固溶处理和固溶+时效处理过程中发生AGG，在时效处理过程中未出现AGG。时效处理和固溶+时效处理提高了接头/加工区域的硬度和拉伸强度，但降低了延伸率，且时效处理后接头/加工区域的屈服强度和抗拉强度最高，拉伸强度的提高主要由于强化相起到了析出强化作用。 FSP搅拌区顶部和底部的晶粒相对细小，中部的晶粒相对粗大。由于搅拌区顶部和底部的应变率较高，储存的应变能较多，且小角度晶界的含量相对较高，晶粒生长的驱动力较大，晶粒组织热稳定性较差，紧邻热机影响区的搅拌区顶部和底部在固溶处理过程中易于出现AGG。FSP搅拌区硬度和拉伸性能的变化规律与整个加工区域的变化规律相同，且搅拌区的力学性能优于整个加工区域的力学性能。析出强化抵消了固溶处理过程中AGG造成的影响并提高了搅拌区的拉伸强度。其中，时效处理后搅拌区的屈服强度和抗拉强度最高，分别为232.8 MPa和245.3 MPa。 增加轧制或退火处理均可以对FSP加工区域在随后固溶处理过程中出现的AGG起到抑制作用，但相比于退火处理，轧制处理对AGG的抑制效果更佳。与加工后直接进行固溶+时效处理相比，两种调控方法均可以提高整个加工区域及搅拌区的力学性能，且搅拌区的力学性能更好。增加轧制处理后搅拌区的平均硬度、屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为89.1 HV、236.7MPa、256.4MPa和7.6％;增加退火处理后搅拌区的平均硬度、屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为91.3 HV、237.4 MPa、256.8 MPa和8.8％。
NETL